CN107804305A - 一种考虑载质量变化的制动距离增量预估系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种考虑载质量变化的制动距离增量预估系统及方法，其特征是由制动距离增量预估装置通过整车CAN总线网络，从AEBS控制单元、仪表控制单元、EMS、AMT、EBS获取信息，然后预估载质量变化下的制动距离增量，进而计算出制动距离。本发明是考虑了不同制动压力、不同制动初速度、不同载质量、不同车型情况下的制动距离自适应调整，适用于任何车辆。
Description
技术领域
本发明涉及车辆主动安全技术，尤其涉及一种随着载质量变化的制动距离增量的估算系统及方法。
背景技术
美国公路安全保险协会发布研究表明，自动紧急制动系统能够将追尾事故发生率降低40％，而前向碰撞预警系统在没有自动紧急制动系统的情况下，也能够降低23％的追尾事故发生率。车辆制动距离是影响前撞预警系统、自动紧急刹车系统、车辆自动跟驰系统等驾驶辅助系统核心参数设置(碰撞预警时刻、自动刹车时刻)的重要因素。
国内外主要考虑正常制动压力下、超载、路面附着系数等对制动距离的影响，未深入分析不同制动压力、不同制动初速度、载质量变化与制动距离的关系；自动紧急刹车系统、前撞预警系统等已有标准中(如ISO 22839《智能运输系统车辆前向碰撞减缓系统(FVCMS)、ISO15623《车辆前向碰撞预警系统性能要求和测试规程》、JT/T 883《营运车辆行驶危险预警系统技术要求和试验方法》)也未对载质量对制动距离的影响进行要求。
载质量是影响车辆制动距离的重要因素之一，尤其针对大型营运车辆，载质量变化大，严重影响了前撞预警系统、自动紧急刹车系统、车辆自动跟驰系统等驾驶辅助系统的控制效果和安全性。
发明内容
为了进一步提高自动紧急刹车系统、前撞预警系统等主动安全系统的控制效果及安全性，本发明提出一种考虑载质量变化的制动距离增量预估系统及方法，该方法能够使得车辆的安全性能提高。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种考虑载质量变化的制动距离增量预估系统，其特征在于：包括制动距离增量预估装置、整车CAN总线网络、AEBS控制单元、仪表控制单元、EMS、AMT、EBS，制动距离增量预估装置挂接到整车CAN总线网络，与AEBS控制单元、仪表控制单元、EMS、AMT、EBS进行CAN通讯；
其中，制动距离增量预估装置包含有CAN通讯模块、载质量输入模块、陀螺仪、显示器和处理器，处理器分别电连接CAN通讯模块、载质量输入模块、陀螺仪、显示器，与它们进行信息交互。
当整车CAN总线网络中没有制动压力信息时，加装制动压力传感器，采集制动气室压力。
一种考虑载质量变化的制动距离增量预估方法，其特征在于：
所述处理器通过CAN通讯模块从AEBS控制单元接收制动压力信号，从仪表控制单元接收车速信号，从EMS接收发动机转矩，从AMT接收变速器传动比信号，从EBS接收转向盘转角信号；
然后通过转向盘转角信号判断是否是直线制动，如果是直线制动，则结合手动方式输入的载质量或在线估算的载质量，进行制动距离增量ΔS的预估，ΔS预估模型为：
ΔS＝k(1)*exp(-k(2)*p+k(3))*(-k(4)*v^2+k(5)*v+k(6))*(k(7)*mz+k(8)) (2)
其中，ΔS为制动距离增量，p为制动压力，v为制动初速度，mz为载质量，k(1)～k(8)为待定系数，试验获得；
然后计算输出制动距离：
S＝ΔS+S0
S为制动距离，S0为空载时的制动距离，通过试验获得；
计算结果通过CAN通讯模块传至整车CAN总线网络，供驾驶辅助控制单元使用，并在显示器上显示制动距离预估结果。
进一步地，如果采用在线估算载质量，则方法如下：
其中，mz为载质量，Ttq为发动机扭矩，ig为变速器传动比，i0为主减速器传动比，ηT为传动系的机械效率，r为车轮半径，CD为空气阻力系数，A为迎风面积，u为行驶车速，f为滚动阻力系数，i为纵向坡度，g为重力加速度，m0为空载质量；
通过CAN总线网络从仪表控制单位获取行驶车速u，时，车辆匀速行驶，进行在线估算载质量；从EMS获取发动机扭矩Ttq，从AMT获取变速器传动比信号ig，通过陀螺仪采集路面纵向坡度i，其他参数为常数，由车辆技术参数确定。
进一步地，制动距离增量ΔS的预估模型构建过程如下：
1)设定制动初速度和载质量不变，随着制动压力增大，滑移率逐渐增大，制动力系数与滑移率近似指数关系，制动压力与滑移率为正比例关系，则制动压力与制动力系数呈指数关系，制动距离与制动力系数呈反比例关系，制动距离增量随制动压力变化的模型为：
ΔS1＝k(1)*exp(-k(2)*p+k(3)) (3)
2)由公式(4)可知，制动距离增量与制动初速度呈二次函数关系：
S＝v2/2a (4)
a为制动减速度，因此，在制动压力、载质量不变的条件下，制动距离增量与制动初速度的关系模型为：
ΔS2＝-k(4)*v2+k(5)*v+k(6) (5)
3)又设定制动压力和制动初速度不变，随着载质量增大，有：
Fμ为制动器制动力，FXb为地面制动力，I为车轮转动惯量，车轮角减速度根据公式(6)可知，制动压力不变，则制动器制动力Fμ不变，载质量增大，地面制动力FXb增大，车轮角减速度减小，制动减速度减小，制动距离增大，制动距离的增量与载质量近似呈线性关系，如公式(7)所示：
ΔS3＝k(7)*mz+k(8) (7)
结合公式(3)、(5)、(7)，构建随制动压力、制动初速度、载质量变化的制动距离增量模型，即如公式(1)所示。
对于待定系数k(1)～k(8)，通过进行不同制动压力、不同初速度、不同载质量下的制动试验，利用模型回归方法确定。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、制动距离能够根据载质量变化自适应调整。2、制动距离能够根据不同制动压力自适应调整。3、制动距离能够根据不同制动初速度自适应调整。4、通过试验重新标定，制动距离模型可适用于不同车型。
附图说明
图1为制动距离增量预估装置接入整车CAN网络的示意图。
图2为制动距离增量预估装置的构成图。
图3为制动力系数与滑移率关系图。
图4为试验数据与回归模型数据对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
本发明对考虑载质量变化的制动距离增量的预估，是借助于整车CAN总线网络以及车辆上多种系统、元件，来协助制动距离增量预估装置完成预估的。所以本制动距离增量的预估系统包括制动距离增量预估装置1、整车CAN总线网络2，AEBS(自动紧急刹车系统)控制单元3、仪表控制单元4、EMS(发动机管理系统)5、AMT(变速器控制单元)6、EBS(电动制动系统)7，如图1所示。制动距离增量预估装置1挂接到整车CAN总线网络2，与AEBS控制单元3、仪表控制单元4、EMS5、AMT 6、EBS 7进行CAN通讯。
制动距离增量预估装置1的构成如图2所示，它包括CAN通讯模块21、载质量输入模块22、陀螺仪23、显示器24和处理器25；处理器25分别电连接上述各器件或模块，与它们进行信息交互；陀螺仪23是采集路面纵向坡度的。如原车CAN网络信息中没有制动压力信息，则需要加装制动压力传感器，制动压力传感器用于采集制动气室压力。
处理器25通过CAN通讯模块21从AEBS控制单元接收制动压力信号，从仪表控制单元接收车速信号，从EMS接收发动机转矩，从AMT接收变速器传动比信号，从EBS接收转向盘转角信号，并通过转向盘转角信号判断是否是直线制动。如果判断是直线制动，则经过制动距离增量预估模型(预先植于处理器中的算法)，结合手动方式输入的载质量或在线估算的载质量(载质量输入模块22完成)，计算输出制动距离，通过CAN通讯模块21传至整车CAN总线网络2，供AEBS等驾驶辅助控制单元使用，并在显示器显示制动距离预估结果。
其中，载质量在线估算采用以下计算方法：
其中，mz为载质量，Ttq为发动机扭矩，ig为变速器传动比，i0为主减速器传动比，ηT为传动系的机械效率，r为车轮半径，CD为空气阻力系数，A为迎风面积，u为行驶车速，f为滚动阻力系数，i为纵向坡度，g为重力加速度，m0为空载质量。
通过CAN总线网络从仪表控制单位获取行驶车速u，时，车辆匀速行驶，进行在线估算载质量；通过CAN总线网络从EMS获取发动机扭矩Ttq，从AMT接收变速器传动比信号ig，通过陀螺仪采集路面纵向坡度i，其他参数为常数，由车辆技术参数确定。
本发明只考虑直线制动情况，因为，转弯制动很危险，易导致侧滑侧翻，难以计算制动距离，一般不考虑转弯制动。所以制动过程中转向盘应保持中央位置不动，通过CAN总线网络从EBS获取转向盘转角信号，转角约为零，则判断为直线制动。
直线制动时，对制动距离增量ΔS进行预估，从而计算制动距离S＝ΔS+S0。S为制动距离；S0为空载时的制动距离，空载时的制动距离是通过试验获得，在本发明里算作已知量；ΔS预估模型为：
ΔS＝k(1)*exp(-k(2)*p+k(3))*(-k(4)*v^2+k(5)*v+k(6))*(k(7)*mz+k(8)) (2)
ΔS为制动距离增量，p为制动压力，v为制动初速度，mz为载质量，k(1)～k(8)为待定系数。
制动距离增量ΔS的预估模型构建过程如下：
(1)设定制动初速度和载质量不变，随着制动压力增大，滑移率逐渐增大，制动力系数变化如图3所示，制动力系数与滑移率近似指数关系；制动压力与滑移率为正比例关系，则制动压力与制动力系数呈指数关系，制动距离与制动力系数呈反比例关系，则制动距离增量随制动压力变化的模型为：
ΔS1＝k(1)*exp(-k(2)*p+k(3)) (3)
(2)由下面公式(4)可知，制动距离增量与制动初速度呈二次函数关系：
S＝v2/2a (4)
a为制动减速度。因此，在制动压力、载质量不变的条件下，制动距离增量与制动初速度的关系模型为：
ΔS2＝-k(4)*v2+k(5)*v+k(6) (5)
(3)又设定制动压力和制动初速度不变的情况下，随着载质量增大，有：
Fμ为制动器制动力，FXb为地面制动力，I为车轮转动惯量，车轮角减速度
根据公式(6)可知，制动压力不变，则制动器制动力Fμ不变，载质量增大，地面制动力FXb增大，车轮角减速度减小，制动减速度减小，制动距离增大，给定制动距离的增量与载质量呈线性关系，如公式(7)所示：
ΔS3＝k(7)*mz+k(8) (7)
结合公式(3)、(5)、(7)，构建随制动压力、制动初速度、载质量变化的制动距离增量模型，即如公式(1)所示。
对于待定系数k(1)～k(8)，可以通过进行不同制动压力、不同初速度、不同载质量下的制动试验，记录制动压力、制动初速度、载质量和制动距离，对模型进行回归，从而确定k(1)～k(8)。
如在一次试验时，选取制动压力范围0.3Mpa-1Mpa，间隔0.1Mpa做一次试验，为了找到极限值，增加一次大压力试验，只要比1Mpa较大就可以，如10Mpa的仿真试验；制动初速度按30km/h、50km/h、70km/h进行；载质量分别为0kg(空载)、400kg、1200kg、2000kg、2800kg(满载)。记录数据如下表所示(仅给出了0.3Mpa的试验数据)。
利用记录的试验数据，采用MATLAB软件对制动距离增量模型公式(2)进行多元回归，回归系数如下：
k(1)＝-0.69041；k(2)＝3.8996；k(3)＝0.019333；
k(4)＝-3.3549e-05；k(5)＝0.00039148；
k(6)＝-0.0055401；k(7)＝-0.33194；k(8)＝-0.53379
回归效果如图4所示，均方误差为0.21718，相关性系数为0.99686，可见，回归模型预估效果良好。
车型或者影响制动距离的配件改变时(如轮胎、制动器等)，需要重新进行标定k(1)～k(8)。
以上仅为实施例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种考虑载质量变化的制动距离增量预估系统，其特征在于：包括制动距离增量预估装置(1)、整车CAN总线网络(2)、AEBS控制单元(3)、仪表控制单元(4)、EMS(5)、AMT(6)、EBS(7)，
制动距离增量预估装置(1)挂接到整车CAN总线网络(2)，与AEBS控制单元(3)、仪表控制单元(4)、EMS(5)、AMT(6)、EBS(7)进行CAN通讯；
其中，制动距离增量预估装置(1)包含有CAN通讯模块(21)、载质量输入模块(22)、陀螺仪(23)、显示器(24)和处理器(25)，
处理器(25)分别电连接CAN通讯模块(21)、载质量输入模块(22)、陀螺仪(23)、显示器(24)，与它们进行信息交互。
2.根据权利要求1所述的考虑载质量变化的制动距离增量预估系统，其特征在于：当整车CAN总线网络(2)中没有制动压力信息时，加装制动压力传感器，采集制动气室压力。
3.一种利用权利要求1或2所述的系统进行的考虑载质量变化的制动距离增量预估方法，其特征在于：
所述处理器(25)通过CAN通讯模块(21)从AEBS控制单元(3)接收制动压力信号，从仪表控制单元(4)接收车速信号，从EMS(5)接收发动机转矩，从AMT(6)接收变速器传动比信号，从EBS(7)接收转向盘转角信号；
然后通过转向盘转角信号判断是否是直线制动，如果是直线制动，则结合手动方式输入的载质量或在线估算的载质量，进行制动距离增量ΔS的预估，ΔS预估模型为：
ΔS＝k(1)*exp(-k(2)*p+k(3))*(-k(4)*v^2+k(5)*v+k(6))*(k(7)*mz+k(8)) (2)
其中，ΔS为制动距离增量，p为制动压力，v为制动初速度，mz为载质量，k(1)～k(8)为待定系数，试验获得；
然后计算输出制动距离：
S＝ΔS+S0
S为制动距离，S0为空载时的制动距离，通过试验获得；
计算结果通过CAN通讯模块(21)传至整车CAN总线网络(2)，供驾驶辅助控制单元使用，并在显示器上显示制动距离预估结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：如果采用在线估算载质量，则方法如下：
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其中，mz为载质量，Ttq为发动机扭矩，ig为变速器传动比，i0为主减速器传动比，ηT为传动系的机械效率，r为车轮半径，CD为空气阻力系数，A为迎风面积，u为行驶车速，f为滚动阻力系数，i为纵向坡度，g为重力加速度，m0为空载质量；
通过CAN总线网络从仪表控制单位获取行驶车速u，时，车辆匀速行驶，进行在线估算载质量；从EMS获取发动机扭矩Ttq，从AMT获取变速器传动比信号ig，通过陀螺仪采集路面纵向坡度i，其他参数为常数，由车辆技术参数确定。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：制动距离增量ΔS的预估模型构建过程如下：
1)设定制动初速度和载质量不变，随着制动压力增大，滑移率逐渐增大，制动力系数与滑移率近似指数关系，制动压力与滑移率为正比例关系，则制动压力与制动力系数呈指数关系，制动距离与制动力系数呈反比例关系，制动距离增量随制动压力变化的模型为：
ΔS1＝k(1)*exp(-k(2)*p+k(3)) (3)
2)由公式(4)可知，制动距离增量与制动初速度呈二次函数关系：
S＝v2/2a (4)
a为制动减速度，因此，在制动压力、载质量不变的条件下，制动距离增量与制动初速度的关系模型为：
ΔS2＝-k(4)*v2+k(5)*v+k(6) (5)
3)又设定制动压力和制动初速度不变，随着载质量增大，有：
<mrow>
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Fμ为制动器制动力，FXb为地面制动力，I为车轮转动惯量，车轮角减速度根据公式(6)可知，制动压力不变，则制动器制动力Fμ不变，载质量增大，地面制动力FXb增大，车轮角减速度减小，制动减速度减小，制动距离增大，制动距离的增量与载质量呈线性关系，如公式(7)所示：
ΔS3＝k(7)*mz+k(8) (7)
结合公式(3)、(5)、(7)，构建随制动压力、制动初速度、载质量变化的制动距离增量模型，即如公式(1)所示。
6.根据权利要求3或5所述的方法，其特征在于：对于待定系数k(1)～k(8)，通过进行不同制动压力、不同初速度、不同载质量下的制动试验，利用模型回归方法确定。
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| CN107804305B (zh) | 2019-07-05 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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